Как волны «сцеплений» в моторной коре помогают нашему мозгу инициировать движение

By Антуан Кочевой No comments

Моторная кора
                Топография первичной моторной коры, на контурном рисунке человеческого мозга. Различные части тела представлены отдельными областями, выстроенными вдоль складки, называемой центральной бороздкой. Кредит: общественное достояние

В течение десятилетий ученые задавались вопросом, почему специфические клетки мозга, которые управляют движением, запускаются, когда люди просто планируют или воображают, что делают движение, или наблюдают, как кто-то делает движение, но на самом деле не двигаются сами.
                                                                                       

Теперь ученые Чикагского университета, работающие над этой загадкой, обнаружили, что сигналы в моторной коре действуют как серия сцеплений, когда дело доходит до движения, и что эти сигналы могут быть нарушены, чтобы замедлить начало движения мозга.

Результаты, опубликованные в журнале Neuron, потенциально могут однажды привести к лечению людей с болезнью Паркинсона, двигательным расстройством.

«Эта работа является первым доказательством того, что крупномасштабные, пространственно организованные паттерны мозга имеют отношение к поведению», — сказал нейробиолог Нико Хатсопулос, доктор философии, профессор биологии и анатомии организма и старший автор исследования.

Давно известно, что когда человек думает или планирует движение, нейроны запускаются в моторной коре и создают сигнал, называемый бета-колебанием. Хатсопулос сравнивает функцию этого сигнала со сцеплением в автомобиле с механической коробкой передач: если нажать педаль сцепления, а затем нажать на газ, двигатель автомобиля будет вращаться, но он не будет двигаться, потому что автомобиль не находится в передача. Аналогично, если вы просто представляете, как двигаете рукой, или наблюдаете, как кто-то двигает рукой, этот сигнал в вашей моторной коре сохраняется или даже усиливается, но вы не двигаете рукой. Только когда вы действительно готовы двигаться, бета-колебания прекращаются — по сути, сцепление включает двигатель в трансмиссию автомобиля — и ваша рука движется.

Хатсопулос и его команда обнаружили, что этот сигнал «сцепления» в коре двигателя лучше понимается не как одно, а скорее как множественные сцепления, которые участвуют в организованном пространственном паттерне, который может начинаться на любом конце коры двигателя и заканчиваться на другой. Каждый раз, когда начинается движение, эта организованная волна сцеплений — в действительности, групп запускающих нейронов — вступает в бой.

«Хотя этот механизм, похожий на сцепление, ранее наблюдался на отдельных участках моторной коры, мы обнаружили, что начало движения связано с распространяющейся волной сцеплений по всей поверхности коры», — сказал Хатсопулос. «Более того, мы предоставили первое причинное доказательство того, что эта волна является необходимым условием для начала движения».

Исследователи изучили трех макак-резус, которые были вознаграждены соком каждый раз, когда они выигрывали видеоигру. Игра требовала, чтобы обезьяны использовали джойстик для перемещения курсора по экрану к цели. Электроды, имплантированные в область руки/руки моторных кортикальн обезьян, регистрировали нейронную активность движения руки, вовлеченную в манипулирование джойстиком.

Путем электрической микростимуляции нескольких участков в области руки/кисти моторной коры для создания волн стимуляции, исследователи смогли нарушить время реакции обезьян при определенных условиях. Когда они применяли стимуляцию таким образом, чтобы следовать естественной волне высвобождения тисков, начало движения обезьяны оставалось неизменным. Но когда они стимулировали клетки в противоположном направлении волны, время реакции замедлилось.

«Это исследование впервые дает характеристику этого механизма, похожего на сцепление, на пробной основе», — сказал Картикеян Баласубраманян, доктор философии, старший научный сотрудник отдела организационной биологии и анатомии, кто вел исследование. «Более того, наши результаты стимуляции предполагают, что мы причиняем вред волнообразной нейронной динамике, когда мы стимулируем естественную волну, связанную с началом движения».

Подход стимуляции может, возможно, однажды помочь людям с такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона, помогая им начать движение через пространственно-временную электрическую стимуляцию электродов в их моторных кортикальных слоях. Важно отметить, что этот новый подход к стимуляции может быть полезен для понимания крупномасштабных нейронных паттернов по всему мозгу.

В настоящее время команда изучает, возникают ли похожие паттерны сигналов в моторной коре при движении языка, и можно ли манипулировать началом движения языка с помощью микростимуляции ./p>

Добавить комментарий